惯性导航和测试系统的技术解决方案

1惯性导航及测试系统的技术解决方案公司在原有惯性导航测试设备研究设计能力的基础上，进一步拉近自身产品与用户需求的距离，形成了集光纤捷联惯性导航系统与惯性导航测试系统、运动仿真系统以及天线测试系统全套的解决方案。1系统组成1.1光纤捷联惯性导航系统与惯性导航测试系统光纤捷联惯性导航系统主要由惯性器件（包括三个陀螺、三个石英挠性加速度计）、二次电源、数据采集电路、导航计算机、数据处理软件、机械结构等部分组成，可以实时输出载体相对导航坐标系的姿态、速度、位置、旋转角速度等导航信息。光纤陀螺和石英挠性加速度计敏感载体相对惯性空间的角速度和线加速度，经过数据采集以后，传送给导航计算机系统，导航计算机软件利用惯性导航原理实时解算出载体相对地理坐标系的导航信息。为了克服惯性导航积分运算造成误差积累的缺陷，导航计算机同时可以接收GPS以及计程仪位置、速度信息对惯性导航结果进行实时校正，以便得到较高导航精度。同时导航计算机通过RS422接口将导航信息实时传递出去。二次电源将外部给定电源转化为整个系统所需的各种电源。机械结构部分包括惯性测量单元（IMU）安装支架、系统安装底板以及系统外罩，保证惯性器件的高可靠、正交安装，提供整个系统的对外机械接口。惯性测试系统作为一套高可靠实时测试系统，主要由惯性测试设备、数据采集系统以及数据处理系统组成。惯性测试设备主要包括各类单轴、双轴、三轴测试转台，温控设备，精密离心机、精密齿盘等，为惯性器件、惯性测量单元、惯性导航系统测试试验、标定试验、精度试验、环境试验所必须的角速度、线加速度、精确姿态基准、模拟温度环境等。数据采集系统采用串口通信技术、总线技术等实时通信技术研制的数据采集终端，主要由数据采集板卡、外围电路以及通信软件组成，可以实现惯性量的实时、高可靠采集与控制。数据处理系统根据测试需求，研究开发测试、测量、标定方案，自动监控与控制惯性测试设备的运行，同时对数据采集系统的采集数据进行在线或者离线处理，完成惯性器件测试、惯性系统分立标定、2惯性系统系统级标定、惯性系统在线标定、惯性系统精度测试、惯性器件与系统温度补偿等工作的数据处理，并对数据处理结果进行验证，验证合格后显示、保存与打印数据处理结果。惯性测试系统可以提供惯性器件与系统的立项、研制、鉴定、定型、批生产全过程所需的整套测试方案。1.2运动仿真系统运动仿真系统主要由主仿真计算机、运动控制系统、执行系统等部分组成的半实物仿真系统，可以模拟航空、航天、航海、兵器运载体以及其他民用运载体运动模拟与测试。主仿真计算机负责仿真半实物仿真的实时计算及实时性的准确性、稳定性控制。运动控制系统以一定的速度和精度来达到系统的最高要求。执行系统根据控制系统的控制信号进行驱动放大，并形成所需要的运动形式。运动仿真系统主要用于武器平台或运动载体的运动状态模拟,是各类武器平台进行半实物仿真试验等地面综合性试验系统的关键设备和重要组成部分,也是测试、评价和标定各类运动载体、武器系统性能的经济、高效的技术手段。1.3天线测试系统天线测试系统主要由测控计算机及其外围电路、运动机构、驱动系统、执行系统等部分组成。测控计算机及其外围电路用来对实时信号的仿真与控制，运动机构为天线测量提供足够的运动空间与安装空间，驱动系统用来驱动放大控制信号，执行系统实时测量并执行控制所需要的运动形式。这个天线测试系统精度高，相应快，可靠性高，可以满足天线研制单位天线以及天线外罩测试对高精度姿态、位置坐标的需求。2研究设计能力公司经过几十年的技术储备，在传统惯性测试设备与系统研究设计能力的基础上，形成了硬件、软件、结构、技术情报等专业技术团队。硬件方面，具备测试方案所需的全套硬件研发能力，可以完成测试方案中与测试设备相关的硬件电路设计与分析，硬件可靠性分析以及其他电气系统设计搭建任务。软件方面，具备测试方案所需的上位机测控软件与下位机软件的3开发设计能力，可以完成测试方案中测试设备和测控系统中的软件开发，同时还可以为用户量身定制基于相关国军标、国标、行业标准、行业规范、国际标准的测试数据处理程序，简化用户测试流程，提高测试的准确性与测试效率。结构方面，具备测试方案所需的复杂机构设计能力、环境适应性设计能力以及力学仿真计算能力。技术情报方面，具备专业技术情报团队与技术情报分析能力，保障了测试方案的先进性与适用性需求。3已经承担的相关项目介绍3.1光纤捷联航姿系统光纤捷联航姿系统主要由3轴高精度光纤陀螺、3个石英加速度计、导航计算机和二次电源组成，可实时输出载体的航向、姿态和速度等信息，具有自主、全天候、精度高、准备时间短、体积小、可靠性和可维修性好以及环境适应性强的特点。其主要技术特点如下：（1）自主、连续、高精度的航姿信息输出；（2）具有自寻北功能；（3）准备时间小于15min；（4）无运动部件，可靠性高、可维修性好；（5）可与多普勒计程仪/GPS/北斗实现组合导航，保证长航时高精度的航姿输出；（5）体积小、重量轻、功耗低；（6）良好的环境适应能力，满足海上盐雾、霉菌等环境。光纤捷联航姿系统技术指标系统精度Accuracy航向Heading0.15°sec(RMS)横摇/纵摇Roll/Pitch0.05°(RMS)航向分辨率(HeadingResolution)0.01°作业准备时间(PreparationTime)≤15min测量范围航向(Heading)0°～360°4MeasurementRange横摇/纵摇(Roll/Pitch)-45°～+45°角速度(AngularRate)≥±100°/s线加速度(Acceleration)-10g～+10g数据更新率(DataOutputRate)100Hz平均故障间隔时间(MTBF)≥3000h物理参数PhysicalParameter尺寸(Dimension)214×204×202mm重量(Weight)≤10kg电气特性ElectricalCharacteristic接口方式(Interface)RS422/RS232电源(PowerSupply)18～36VDC功耗(Consumption)≤30W使用环境OperationRequirement贮存温度（StorageTemperature）-40℃～+60℃工作温度(OperatingTemperature)-10℃～+50℃振动(Vibration)0.04g2/Hz，20～2000Hz颠震(Bumping)10g，20ms，30r/min半正弦波/Half-Sinusoid湿度(Humidity)95%±5%（30～60℃）防护等级(ProtectionClass)IP62光纤捷联航姿系统目前主要应用于各类舰船、稳定平台等需要航姿信息的载体。3.2惯导测试转台惯导测试转台指标轴数单轴双轴三轴结构形式立式/卧式U/T或者O/OUOO/UOT/OOO负载安装形式台面式台面式台面式/框架式台面尺寸（mm）φ450/φ320φ450/φ320根据实际负载尺寸设计台面平面度（mm）0.010.010.01（台面式）5轴系回转精度（″）±2±2±2位置精度（″）±3±3±3测角分辨率（″）0.360.360.36角速率范围（°/s）0.001~10000.001~10000.001~1000（各轴不同）角速率精度、平稳度2×10-3（1°平均）2×10-4（10°平均）2×10-5（360°平均）3×10-3（1°平均）3×10-4（10°平均）3×10-5（360°平均）3×10-3（1°平均）3×10-4（10°平均）3×10-5（360°平均）外部接口RS232/RS422RS232/RS422RS232/RS422最大角加速度（°/s2）300300300（各轴不同）转台无论单轴、双轴还是三轴都可以配套温控箱或者真空箱等形成试验系统。温控箱指标如下：温控箱指标序号内容指标1工作腔尺寸（mm）W500×H700×D7002温度控制范围（℃）-55~853温度控制精度（℃）±0.54温度变化梯度（℃/min）±35制冷方式压缩机或液氮以上惯导测试台主要技术指标为一般的测试台指标，便于对惯导测试台的认识，多年来公司的惯导测试台在民用和军用领域应用广泛，在航空、航天、航海、勘探等行业应用最多。如TD-320单轴速率位置转台、2TS-450双轴速率位置转台、三轴速率位置转台、单轴带温控箱速率位置转台、带温箱的高精度双轴转台、带温箱双轴标定转台、带真空箱单轴多功能转台、无磁转台等。目前，我们的高精度测试设备的测角精度已经达到±0.5角秒，高转速的试验转台的最高转速可达14000°/s。63.3仿真伺服台仿真伺服台指标三轴飞行仿真转台三轴伺服转台双轴伺服跟踪转台结构形式立式卧式立式负载安装形式框架式/台面式框架式侧挂式功能应用仿真实验、飞行轨迹、区域扫描等陀螺伺服测试利用红外、可见光、激光等信号跟踪目标轴系回转精度（″）±2±0.6±3轴线垂直度（″）±2±1±5位置精度（″）±3.6±1±10测角分辨率（″）0.360.360.5角速率范围（°/s）0.001~10000.001~10000.001~1000（各轴不同）角速率精度、平稳度1×10-3（1°平均）3×10-4（10°平均）5×10-5（360°平均）2×10-4（1°平均）1×10-5（10°平均）1×10-6（360°平均）5×10-3（1°平均）5×10-4（10°平均）5×10-5（360°平均）外部接口RS232/RS422RS232/RS422和A/DRS232/RS422/网口最大加速度（°/s2）30050120频响（Hz）101210以上仿真转台的主要技术指标为一般仿真台指标，主要应用于航空、航天、舰船及高校应用研究，我们已研制较多仿真转台，如：三轴多功能转台、三轴仿真转台、三轴飞行仿真转台多型号。根据用户的需要，我们已经提供了最大角加速度20000°/s2的高动态试验设备。3.4天线测试台天线测试台用于提供用户系统方位、俯仰和横滚姿态运动。天线测试摇摆台是一台计算机控制的高精度、多功能的三轴测试设备，其具有位置、速率、摇摆等功能。天线测试摇摆台有的用于代替车辆，7模拟天线在车上的安装情况下，车辆在路面上行驶时，车辆在纵向、横向颠簸以及车辆急速转向的工况下，测试天线是否能够始终保持一个固定的指向，也用于测试天线指向精度和回转角度精度等。我们在天线测试台领域有较多的研制经验和产品，如天线测试摇摆台、三轴天线测试台、测试转台等。天线测试台指标天线测试摇摆台天线测试转台测试转台结构形式立式立式立式负载安装形式台面式台面式台面式功能应用模拟车载环境天线指向天线测试天线测试轴系回转精度（″）±30±180±60轴线垂直度（″）±180±60位置精度（″）±180±180±60测角分辨率（″）101010角速率范围（°/s）0.01~1001~501~10（各轴不同）外部接口RS232/RS422RS232/RS422RS232/RS422最大加速度（°/s2）30055频响（Hz）1002000750